Бычко А.В., Артеменко А.Ю., Ротко Д.Н., Прилуцкий Ю.И., Рыбальченко В.К.
Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, г.Киев, Украина

Изучение взаимодействия углеродных нанотрубок (УНТ) с биологическими мембранами важно для понимания возможности селективной доставки в клетку биологически активных веществ (БАВ) по принципу "наношприца" и создания на их основе целевых фармакологических препаратов. Одной из успешных разработок в данной области является активируемый светом наноклапан, осуществляющий направленную доставку амфотерицина B в клетку. Известно, что УНТ, в зависимости от дозы поступления в организм животных, проявляют различную токсическую активность. Так, ингаляция крыс и мышей вызывает воспаление и фиброз, накопление нейтрофилов и белка в легочной ткани, увеличение массы легких и активности лактат-дегидрогеназы. Исследование in vitro в культуре клеток эпидермальных кератоцитов человека и мыши показало, что УНТ проникают через мембрану, аккумулируется внутри клетки и индуцируют апоптоз. Одностенные УНТ (ОУНТ) ингибируют пролиферацию эмбриональных клеток человеческой почки. Однако растворы и суспензии, содержащие УНТ при низких концентрациях, не вызывают аллергических реакций. Так же они способны индуцировать окислительный стресс.

Одним из пусковых элементов в инициации каскада компенсаторных реакций клетки в ответ на воздействие БАВ является взаимодействие последних с липидным матриксом клеточной мембраны. Поэтому целью исследований было изучение молекулярных механизмов и концентрационных эффектов взаимодействия ОУНТ с модельными липидными мембранами.

В исследовании использован метод нестационарных циклических вольт-амперных характеристик (ЦВАХ) бимолекулярных липидных мембран (БЛМ). Мембраны формировали по стандартной методике Мюллера из яичного фосфатидилхоллина (23 мг/мл в n-декане, "Биофарм", Украина) в окружении водного раствора электролита (100 мМ KCl, х.д.ч.). Электрические параметры БЛМ (проводимость G, нСм/см², электрическая емкость С, мкФ/см²) измеряли по изменению потенциала на мембране (±100 мВ, частота развертки 0,01 Гц). Перед введением в примембранный раствор электролита взвесь ОУНТ (01-2 нм, длинна до 1 мкм) подвергали озвучиванию в течении 1 мин по 10 с при интенсивном отводе тепла с помощью УЗДН-1 У42 (22 кГц). Диапазон концентраций ОУНТ в растворе 100, 10, 1 и 0,1 мкг/мл. Регистрация ЦВАХ БЛМ проводилась через 10 мин после внесения ОУНТ в примембранный раствор. Параметры немодифицированных БЛМ в эксперименте составляли 56 нСм/см² и 0,57 мкФ/см² соответственно.

Модификация БЛМ ОУНТ в концентрации 0,1 мкг/мл приводила к увеличению проводимости мембраны. Однако, уже при концентрации 1 мкг/мл наблюдался значительный по величине (-31-32%) рост проводимости БЛМ на фоне снижения ее электрической емкости до 0,21 мкФ/см². Также зарегистрировано появление нелинейности ЦВАХ на краях развертки потенциала. При концентрации ОУНТ 10 мкг/мл рост проводимости БЛМ составлял больше 70% при сильной нелинейности ЦВАХ (со значительной флуктуацией проводимости на концах развертки потенциала ±100 мВ) и практически не регистрируемой электрической емкости мембраны. Проводимость БЛМ, модифицированных ОУНТ в концентрации 100 мкг/мл, составляла около 10 мкСм/см², что сопоставимо с проводимостью окружающего ее раствора электролита.

Предполагается, что ОУНТ при контакте с липидным бислоем проникают через гидрофобную зону углеводородных цепей фосфатидилхоллина и формируют одиночные (а в случае возможной агрегации и комплексные) "молекулярные поры".